电芬顿技术研究进展.ppt

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其他类型催化剂的研究 除Fe2+对H2O2具有催化作用外, Fe3+、Cu2+、Mn2+、Co2+等其他一些金属离子与铁粉、石墨、铁锰的氧化矿物同样具有类似功能。 6.展望 总体上说,目前对电芬顿法的研究正处于试验开发阶段,与其他电解水处理技术一样,电芬顿法的电流效率较低,这就限制了它的广泛应用。电芬顿法的发展方向为合理设计电解池结构,加强对三维电极的研究,加强对电芬顿一H202体系中阴极材料的研制等方面。 电芬顿技术研究进展 王雅 1.芬顿试剂简介 1893年,化学家Fenton H J发现,过氧化氢(H2O2 )与二价铁离子Fe2+的混合溶液具有强氧化性,能氧化多种有机物,后人为纪念他将亚铁盐和过氧化氢的组合称为 Fenton 试剂,它能有效的氧化去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机物。 芬顿试剂反应机理 芬顿试剂能有效氧化去除难降解有机物,其实质是H2O2 在Fe2+的催化作用下生成羟基自由基(·OH )。羟基自由基·OH 具有强氧化性和很强的亲电加成性能, 可将大多数有机物氧化分解成小分子物质。 芬顿试剂具有很强的氧化能力在于其中含有Fe2+和H2O2 。其主要反应机理为: Fe2+ +H2O2 → Fe3+ + ·OH+OH- Fenton法类型 传统Fenton法 类Fenton法 电-Fenton 法 光-Fenton 法 US-Fenton 法 微波-Fenton法 电-类Fenton法 光-芬顿法 在紫外光条件下,H202会分解,反应式为: H202+hv→2HO · 该反应的发生,降低了Fe2+的用量,减少了Fe2+的二次污染,同时也保持了H202较高的利用率。同时紫外光和Fe2+对H2O2的催化分解存在协同效应,即紫外光和Fe2+共存时H202的分解速率远大于Fe2+或紫外光时H2O2分解速率的简单加和。 微波-芬顿法 微波是一种电磁波,其波长在1mm一1m之间。微波辐射液体能使其中的极性分子产生高速旋转而产生热量,同时改变体系热力学函数,降低活化能和分子的化学键强度。目前,微波消除污染物的研究正处于试验阶段,国内外报道较少,微波辐射下Fenton试剂氧化催化法是降解水中有机污染物的一种有效方法,与Fenton试剂法相比,能够显著缩短反应时间,提高降解产率,具有较大的工业应用潜力。 2.电芬顿法 电芬顿法是利用电化学法产生的Fe2+和H2O2作为芬顿试剂的持续来源,两者产生后立即作用而生成具有高度活性的羟基自由基,使有机物得到降解。 优点: ●不需或只需加入少量化学药剂。 ●不会产生二次污染。 ●电解过程控制的参数只有电流和电压,易于实现自动控制。 ● Fe2+和H2O2以相当的速率持续产生,起初有机物的降解速率较慢,但能保证长时间持续有效地降解,污泥量少,后处理简单。 电芬顿法的分类及基本原理 ⑴ 电芬顿——H2O2法 H2O2由O2在阴极还原产生, Fe2+由外界加入。在电解池的阴极(氧扩散阴极)上曝氧气或空气,O2在阴极上产生还原反应(酸性条件下)生成H2O2,H2O2与加入的Fe2+发生芬顿反应生成·OH,同时得到被氧化的Fe3+,Fe3+在阴极上被还原为Fe2+, Fe2+又与阴极上生成的H2O2发生芬顿反应,形成一个循环。另外还有部分有机物直接在阳极上被氧化为一些中间产物(CO2和H2O)。该法不用加H2O2,有机物降解很彻底,不易产生中间毒害物。但由于目前所用的阴极材料是石墨、炭棒或活性炭纤维,这些材料在酸性溶液中电流效率低, H2O2产量不高。 (2) 电芬顿-铁氧化法 Fe2+由Fe在阳极氧化产生,H2O2由外界加入。电解槽通电时,铁阳极失去两个电子被氧化成Fe2+, Fe2+与加入的H202 发生芬顿反应生成·OH。在该体系中导致有机物降解的因素除·OH外,还有Fe(OH)2 、Fe(OH)3 的絮凝作用,即阳极氧化产生的活性Fe2+、Fe3+可水解成对有机物有强络合吸附作用的Fe(0H)2 、Fe(0H)3。该法对有机物的去除效果高于电芬顿-H202 法,但需加H2O2 ,且耗电能,故成本比传统芬顿法高。 电解槽内的电极反应如下: 阳极 Fe -2e-=Fe2+ 2H2O-4e-=O2+4H+ 阴极 2H2O+2e-=H2+2OH- 溶液中的反应 Fe2++H2O2=·OH+OH-+Fe3+ Fe3++3OH-=Fe(OH)3 (3)电芬顿-铁还原法 Fe2+由Fe3+在阴极还原产生,H202由外界加入。电芬顿一铁还原系统将一个芬顿反应器和一个Fe(OH)3还原为Fe2+的电解装置合并

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